崔宏滨物理系凝聚态物理专业.ppt

崔宏滨物理系凝聚态物理专业,实验室：物理楼221室Tel：3607624Email：hbcui,助教,杨正:zyang赵宁波:nbzhao,绪论,细推物理须行乐，何用浮名绊此身？杜甫曲江二首之一人每时每刻都在呼吸着，所以并不觉得呼吸是一种幸福。但如果不能呼吸了，将会怎样？物理学对于我来说就像呼吸一样。李政道,一、关于物理学,物理学是一门自然科学，我们反复学习、必须学习。这是为什么？说明物理学在我们的人生中是十分重要的。物理学有多么重要？难道是王婆卖瓜吗？计算机有多么重要？计算机是集合了最先进科技成果的产品。,与其说是计算机改变了我们的社会，不如说是量子力学，或者Einstein改变了这一切。,二物理学的研究方法,1物理学是一门实验科学一切结论都来自于实验，一切结论都要经过实验的检验。2物理学的理论体系自然哲学的数学原理，Newton著物理学的研究对象自然的原理。物理学的理论体系数学，用严格的数学理论阐述、推导和研究物理学的规律。可以说，物理学就是将自然界的原理用数学理论加以阐述的科学体系。,3物理模型为了概括对象的本质和特征，需要建立研究对象的物理模型。所谓模型，就是模拟真实的一种形象化的构型。从模型，可以得出新的结论。结论必须同实验结果进行对比，“自洽”。新模型的建立，标志着新理论的建立，模型被修正，标志着物理学有了新的发展。,三、光是什么？,察其言而观其行，方能知其人。研究光的本质，必须从其现象开始。现象，则表现在光与物质的相互作用中。光在与不同物质的相互作用中，表现出不同的性质。可以用不同的物理模型对光进行描述。,1、光的宏观表现,传播定律：均匀介质中，光沿直线传播反射定律：i=i折射定律：nsini=nsini光线模型,光路可逆原理,光线如果沿原来反射和折射方向入射时，则相应的反射和折射光将沿原来的入射光的方向。,如果物点Q发出的光线经光学系统后在Q点成像，则Q点发出的光线经同一系统后必然会在Q点成像。即物像之间是共轭的。,Q,Q,几何光学中光的物理模型,用直线或曲线段来表示光的路径，称为光线光线只表示光的路径，用来处理光的传播和成像问题，不涉及光的物理本质，是一种唯象的模型。在几何光学的范围内，无法定义和研究诸如波长、频率、能量和波速等物理量。,Fermat原理,P,Q,费马（Fermat）原理：两点间光的实际路径，是光程平稳的路径。（1679年）光程：折射率光所经过的路程，即nS。一般情况下为折射率的路径积分。平稳：极值（极大、极小）或恒定值。在数学上，用变分表示,椭球面内两焦点间的路径，光程为恒定值,在椭球面上一点作相切的平面和球面，则经平面反射的光线中，实际光线的光程最小，经球面反射的光线中，实际光线的光程最大。,抛物面焦点发出的光，反射后变为平行光，汇聚在无穷远处，光程为极大值。,由Fermat原理导出几何光学的实验定律,（1）光的直线传播定律在均匀媒质中，两点间光程最短的路径是直线。（2）光的反射定律（3）光的折射定律,（2）光的反射定律,P是P点关于面的对称点。P，Q，O三点确定平面。直线QP与反射面交于O点。则易知当i=i时，QO+OP为光程最短的路径。,Q,P,Q,P,O,（4）物像之间的等光程性物点Q与像点Q之间的光程总是平稳的，即不管光线经何路径，凡是由Q通过同样的光学系统到达Q的光线，都是等光程的。,几何光学定律成立的条件,1光学系统的尺度远大于光波的波长。2介质是均匀和各向同性的。3光强不是很大。,2、光与小尺度物体的作用,1678年，Huygens提出光的波动学说。1801年，TYoung在光通过双孔的实验中，首次观察到了光的干涉现象。1808年，Malus观察到了光的偏振现象，说明光是横波。1865年，Maxwell提出电磁波理论。后来证实光是电磁波。光的电磁波模型,3、在原子尺度上的表现,“紫外灾难”，1900年由Plank用量子假设解决。1905年，Einstein用量子假设成功解释光电效应。光具有波粒二象性，这也是一切量子现象的基本属性。波：几率波粒：分立的能量子，E=h与几何光学时期的波动性和粒子性根本不同,四、几何光学的应用照相机,单镜头反光照相机（SLR),旁轴取景器式照相机,箱式照相机,双镜头反光照相机,成像镜头,取景镜头,底片,底片,镜头,毛玻璃,反光板,五棱镜,反光板,透反镜,眼睛,成像镜头,镜头与反光板机械联动，实现调焦,照相机的幅面与视角,135相机底片：2436,120相机底片：6060,照相机的镜头,为了获得高质量的影像，镜头通常由多组球面透镜构成，可以消除色差、像差、球差、彗差等。,镜头的焦距,24x36,镜头的焦距与像的大小,通过增大像距放大图像,在镜头与相机之间加接圈（近摄接圈）,标准镜头（standard-lens）f：4555mm,长焦镜头（tele-lens）f75mm,广角镜头（wide-lens）f40mm,物距与景深,物方景深,像方景深,光圈：调节曝光量，改变成像质量,F数=1,1.2,1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,16,22,2,21,快门：控制曝光量,高速时，是一条光缝扫过底片,速度1/